【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)構(gòu)模型實(shí)際上無法被用戶滿意的接受，在商業(yè)界更會(huì)受到發(fā)展的制約。所以，以上述單純的IntServ結(jié)構(gòu)模式將不會(huì)在通信網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。 區(qū)分服務(wù)體系模型區(qū)分服務(wù)體系模型（DiffServ）定義了一種可以在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)可擴(kuò)展、健全性、簡單性的服務(wù)分類的體系結(jié)構(gòu)。DiffServ一般用于大型網(wǎng)絡(luò)的骨干核心，在運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。DiffServ是一個(gè)多服務(wù)模型，它可以滿足不同的QoS需求。與IntServ不同，DiffServ不需要通知網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)留資源，解決了IntServ模型擴(kuò)展性差這一存在的問題。與IntServ第二個(gè)不同是，DiffServ模型將網(wǎng)絡(luò)分為核心部分和邊緣部分，大大的簡化了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。DiffServ是基于優(yōu)先級(jí)的，不同的數(shù)據(jù)流在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候被邊緣節(jié)點(diǎn)打上不同的標(biāo)記，分為不同的類別，網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)根據(jù)分組的不同標(biāo)記提供不同的服務(wù)。節(jié)點(diǎn)路由器并不保存每個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的狀態(tài)信息，而是只保留有限個(gè)業(yè)務(wù)類的狀態(tài)信息。這樣，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的處理狀態(tài)信息的負(fù)擔(dān)將大大降低，從而簡化了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，保證了大型網(wǎng)絡(luò)的可實(shí)現(xiàn)性和可擴(kuò)展性。目前，關(guān)于DiffServ模型的研究仍然是IP網(wǎng)絡(luò)QoS研究的熱點(diǎn)。 DiffServ模型服務(wù)等級(jí)協(xié)議SLA是用戶與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商之間達(dá)成的一個(gè)服務(wù)協(xié)議，它規(guī)定了用戶在每個(gè)服務(wù)等級(jí)上所能發(fā)送的最大數(shù)據(jù)速率，超出速率的分組將被標(biāo)記或者丟失。PHB描述了DS節(jié)點(diǎn)調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)特定業(yè)務(wù)流聚集時(shí)的外部特性，由節(jié)點(diǎn)上的緩沖區(qū)管理和分度調(diào)度計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)的。不同的PHB規(guī)定了不同的資源優(yōu)先級(jí)。中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一組或幾組PHB。邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)經(jīng)過的業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類和調(diào)節(jié)，由分類器和調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。同一條鏈路相同傳輸方向上具有相同的DS字段的分組形成一個(gè)業(yè)務(wù)流聚集，或者稱為行為聚集。 DiffServ基本結(jié)構(gòu)原理從上述DiffServ模型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以看出DiffServ功能結(jié)構(gòu)上主要分為邊緣路由器（ER: Edge Router）和核心路由器（CR: Core Router），邊緣或核心路由器可以是典型常用的路由器也可以是網(wǎng)關(guān)，還可以是信任的終端主機(jī)。隊(duì)列管理調(diào)度器標(biāo)記器整形器及丟包器分類器 邊緣路由器中的DiffServ功能分類器根據(jù)傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)包規(guī)劃為某一類。整形器及丟包器通過延遲、丟棄等分段使流符合TCA 規(guī)范。標(biāo)記器在包頭的DS標(biāo)記域中標(biāo)記適當(dāng)?shù)?DSCP， 將分組劃入某行為聚集。隊(duì)列管理調(diào)度器管理隊(duì)列的長度、調(diào)度分組的發(fā)送。隊(duì)列管理調(diào)度器DS字節(jié)分類器 核心由器中的DiffServ功能 核心路由器只根據(jù)IP頭內(nèi)DS字節(jié)進(jìn)行簡單的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)， 復(fù)雜的工作由邊緣路由器去完成。 DiffServ模型的邊緣處，邊緣路由器提供業(yè)務(wù)流的分類、整形、標(biāo)記、管理調(diào)度等功能。當(dāng)業(yè)務(wù)流到達(dá)邊緣路由器時(shí)，邊緣路由器的數(shù)據(jù)分類器根據(jù)數(shù)據(jù)包報(bào)頭的某些字段信息內(nèi)容，識(shí)別業(yè)務(wù)流屬于哪一個(gè)類型的，并根據(jù)此業(yè)務(wù)流用戶和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商已達(dá)成的服務(wù)等級(jí)協(xié)定，對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)流分組打上DSCP標(biāo)志，使得核心路由器能夠識(shí)別此類服務(wù)。而對(duì)業(yè)務(wù)流的整形的目的是對(duì)每一個(gè)流的分組進(jìn)行適當(dāng)?shù)难舆t是它符合約定的帶寬。而計(jì)量過程是對(duì)業(yè)務(wù)流量的監(jiān)測、計(jì)算每一個(gè)業(yè)務(wù)流量的行為，對(duì)明顯不符合約定的業(yè)務(wù)流根據(jù)其自身的緩存管理機(jī)制進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｔ贒iffServ模型的內(nèi)部，核心路由器根據(jù)業(yè)務(wù)流的不同DSCP標(biāo)記，進(jìn)行不同的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)工作，提供不同類型的服務(wù)。此外，DiffServ還提供業(yè)務(wù)流聚類功能，即具有相同DSCP值的數(shù)據(jù)包將被核心路由器提供相同的服務(wù)。由此可見，DiffServ復(fù)雜的功能分配到網(wǎng)絡(luò)邊緣而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有路由器，從而使得業(yè)務(wù)流的狀態(tài)信息只在邊緣路由器處做存儲(chǔ)而并不在核心路由器，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的核心路由器節(jié)點(diǎn)是狀態(tài)無關(guān)的（core stateless）。因此，大大簡化了核心節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜度，有利于提高核心節(jié)點(diǎn)工作效率，使得網(wǎng)絡(luò)更高速運(yùn)行。由此可見，DiffServ模型具有很好的擴(kuò)展性和伸縮性，便于大型網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 DiffServ的優(yōu)缺點(diǎn)區(qū)分服務(wù)（DiffServ）相對(duì)集成服務(wù)講有以下優(yōu)點(diǎn)： 區(qū)分服務(wù)（DiffServ）模型比IntServ更具有擴(kuò)展性，它解決了IntServ 模型存在的一些問題，并且可以跨網(wǎng)絡(luò)工作。網(wǎng)絡(luò)中形成的DiffServ路由器的集合，稱之為DiffServ云。通信業(yè)務(wù)在進(jìn)入DiffServ云之前進(jìn)行分類。 DiffServ的最大優(yōu)點(diǎn)是DiffServ采取邊界操作，簡化核心路由器的復(fù)雜度，一旦通信業(yè)務(wù)進(jìn)入DiffServ內(nèi)部，內(nèi)部的路由器不需要維護(hù)QoS狀態(tài)信息，這可使路由器專注于其路由功能，使得數(shù)據(jù)更能夠得到高速轉(zhuǎn)發(fā)。 DiffServ提供的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)是依靠的有限的業(yè)務(wù)流的類，而不是針對(duì)數(shù)據(jù)流的數(shù)量，這就使得DiffServ比IntServ模型更加易于實(shí)現(xiàn)。然而，DiffServ模型也并不是完美的，其提供的QoS可預(yù)測性并不是很好，DiffServ結(jié)構(gòu)內(nèi)部的路由器可以更改ToS字段從而造成錯(cuò)誤的處理，而且，DiffServ只提供一種相對(duì)的服務(wù)質(zhì)量，并不提供全網(wǎng)端到端的QoS保證。對(duì)于大多數(shù)的交互式實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來說將無法保證絕對(duì)的端到端的QoS。因此，僅僅提出DiffServ模型在一個(gè)子網(wǎng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)QoS的框架，仍然不能提供QoS保障。 一種改進(jìn)的端到端的QoS混合模型 混合模型概述 IntServ和DiffServ兩種不同的Internet QoS 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有著完全不同的目標(biāo)和原則。下表對(duì)兩種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了總結(jié)。 IntServ和DiffServ體系結(jié)構(gòu)比較 對(duì)比項(xiàng)IntServDiffServ服務(wù)粒度單個(gè)流流的聚類路由器的狀態(tài)維護(hù)基于單個(gè)流基于流的聚類服務(wù)類型確定性的保障服務(wù)確定性或低丟包率的保障服務(wù)可擴(kuò)展性端到端逐跳行為PHB網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)基于流的特性和QoS需求基于服務(wù)類型使用由于兩種模型各自有其特有的優(yōu)點(diǎn)和不足，為了能夠更好的利用各自的優(yōu)點(diǎn)，可考慮將兩種模型是看作互相補(bǔ)充的技術(shù)，將其結(jié)合，互相協(xié)同，共同實(shí)現(xiàn)端到端的QoS 提供機(jī)制，提高可擴(kuò)展性。目前，實(shí)現(xiàn)IntServ與DiffServ結(jié)合以提供端到端QoS仍然是一個(gè)開放性的、比較前沿的研究課題。也提出了若干不同的方案和機(jī)制。必須提出，想要提供端到端QoS的保障，單單提出一些模型結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是從整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度去考慮，實(shí)施起來必須還要考慮每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要具備的控制機(jī)制。 QoS的研究導(dǎo)致兩種不同的體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，但是僅僅使用這兩種網(wǎng)絡(luò)的任何一種都不能完全地滿足需要，為了支持端到端的QoS，可考慮將DiffServ與IntServ結(jié)合互相協(xié)調(diào)共同實(shí)現(xiàn)端到端的QoS。 DiffServ與IntServ集成的關(guān)鍵是主機(jī)經(jīng)由邊緣路由器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的含有一定QoS的數(shù)據(jù)包如何被分類并確定DSCP的值即如何將IntServ的各種服務(wù)類型映射到DiffServ的PHB。 IntServ體系結(jié)構(gòu)下DiffServ網(wǎng)絡(luò)支持QoS。 IntServ體系結(jié)構(gòu)下DiffServ網(wǎng)絡(luò)支持QoS框架 框圖中的非DiffServ區(qū)即為邊緣網(wǎng)絡(luò)，也是IntServ區(qū)，DiffServ區(qū)即為核心網(wǎng)絡(luò)。兩種模型想結(jié)合的基本思想就是既要保證端到端的QoS要求，又要克服集成服務(wù)可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn)。根據(jù)邊緣路由器的更能分析，在IntServ體系結(jié)構(gòu)下DiffServ網(wǎng)絡(luò)支持QoS，有以下兩種實(shí)現(xiàn)形式：（1） 由于DiffServ區(qū)域不含有能識(shí)別RSVP的設(shè)備。此時(shí)邊緣路由器ER1和ER2作為DiffServ區(qū)的控制節(jié)點(diǎn)，它處理來自主機(jī)1和2的信令消息，根據(jù)DiffServ網(wǎng)絡(luò)區(qū)內(nèi)部的資源信息和客戶定義的策略來實(shí)現(xiàn)接納控制。而DiffServ區(qū)內(nèi)部的邊緣路由器BR1和BR2只是純粹的DiffServ路由器，唯一的任務(wù)就是基于DSCP描述服務(wù)級(jí)別和客戶協(xié)商的協(xié)議對(duì)傳輸實(shí)施聚集傳輸控制。（2） DiffServ內(nèi)部某些選定的設(shè)備參加RSVP信令過程。此時(shí)邊界路由器ER1和ER2根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情況和客戶定義的策略實(shí)施接納控制，而DiffServ區(qū)內(nèi)部的邊緣路由器BR1和BR2參加RSVP信令過程并作為DiffServ區(qū)的控制節(jié)點(diǎn)。 發(fā)送方和接受方主機(jī)都使用RSVP來傳達(dá)QoS請(qǐng)求。主機(jī)操作系統(tǒng)的QoS進(jìn)程代表應(yīng)用生成的RSVP信令，RSVP消息在主機(jī)1和2之間端到端的傳播來支持DiffServ區(qū)外部的RSVP，端到端的RSVP信令至少應(yīng)被透明的傳過DiffServ區(qū)，依賴于特定的實(shí)現(xiàn)，這些消息可能不會(huì)被DiffServ區(qū)的路由器處理，也可能被DiffServ內(nèi)區(qū)的一些路由器甚至所有的路由器處理。 為了支持以上所述的集成框架，DiffServ必須滿足一下要求： （1）端到端的RSVP信令至少應(yīng)該被透明地傳過DiffServ區(qū)。 （2）必須能夠在DiffServ區(qū)的邊界路由器之間為標(biāo)準(zhǔn)的IntServ QoS服務(wù)提供支持在DiffServ區(qū)內(nèi)部用PHB來調(diào)用這些服務(wù)。 （3）必須在DiffServ區(qū)的邊界節(jié)點(diǎn)執(zhí)行適當(dāng)?shù)目刂乒芾怼? （4）DiffServ區(qū)必須為其他客戶網(wǎng)絡(luò)提供接納控制機(jī)制以便于資源的利用。實(shí)現(xiàn)邊緣網(wǎng)絡(luò)（IntServ區(qū)）和核心網(wǎng)絡(luò)（DiffServ區(qū)）的映射關(guān)系必須考慮一下幾點(diǎn)因素： （1） 在第一個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)的出口節(jié)點(diǎn)處，如何將RSVP映射為等價(jià)的DiffServ中的DSCP。 （2）在第二個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)的入口節(jié)點(diǎn)處，如何恢復(fù)原來的RSVP預(yù)留機(jī)制； （3）核心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)采用何種控制流量的算法，以避免核心網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，使資源利用率達(dá)到最優(yōu)化。 在核心網(wǎng)絡(luò)中，通過建立LSP（標(biāo)簽交換路徑）映射出相應(yīng)的DSCP，使端到端的RSVP信令能夠透明的通過減小了核心網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。核心網(wǎng)絡(luò)的入口處，將RSVP預(yù)留映射為由一個(gè)DS字節(jié)表示的服務(wù)等級(jí)，而在核心網(wǎng)絡(luò)的出口處，RSVP預(yù)留又繼續(xù)進(jìn)行，直到數(shù)據(jù)到達(dá)目的主機(jī)。除此之外，核心網(wǎng)絡(luò)是在MPLS網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的DiffServ。綜上所述，IntServ適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小、業(yè)務(wù)質(zhì)量要求較低的邊緣網(wǎng)絡(luò)。DiffServ適合在網(wǎng)絡(luò)主干實(shí)現(xiàn)QoS?？紤]到各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過這種改進(jìn)的端到端的QoS混合模型，將IntServ與DiffServ的有機(jī)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，可一定程度上保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)對(duì)QoS的要求。目前，雖然基本框架和實(shí)驗(yàn)方案已經(jīng)為研究提供了一定的基礎(chǔ)，但是實(shí)現(xiàn)真正的端到端的QoS還要繼續(xù)做一些深入的研究工作。第3章 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真 OPNET簡介 OPNET是美國OPNET Technology公司的網(wǎng)絡(luò)仿真產(chǎn)品，具有在通信網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)方面的專業(yè)化, 設(shè)計(jì)，是目前世界上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)仿真開發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)，它采用基于包的建模機(jī)制(Simulation on PacketI eve1)和離散事件驅(qū)動(dòng)的模擬機(jī)理(Discrete Event Driven)，并且提供各種目的的研究工具，包括模型設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析。OPNET是一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)仿真和建模的工具,支持面向?qū)ο蟮慕７绞?并提供圖形化的編輯界面,更便于用戶使用。它強(qiáng)大的功能和全面性幾乎可以模擬任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、支持各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),除了能夠模擬固定通信模型外, OPNET的無線建模器還可用于建立分組無線網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)的模型。同時(shí),OPNET在新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的分析方面都有卓越表現(xiàn)。它為通信協(xié)議和路由算法的研究提供與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)相同的環(huán)境。此外,功能完善的結(jié)果分析器為網(wǎng)絡(luò)性能的分析提供了有效又直觀的工具。OPNET的Molder是專門用于可視化原型設(shè)計(jì)的軟件,它的使用既方便了網(wǎng)絡(luò)模型的建立,又減少了編程的工作量。OPNET具有豐富的技術(shù)、協(xié)議、設(shè)備模型庫和適合各個(gè)層次的建模工具以及靈活強(qiáng)大的仿真分析工具，特別適合各種網(wǎng)絡(luò)仿真研究，目前它是世界上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)仿真和應(yīng)用平臺(tái)。OPNET支持面向?qū)ο蟮慕７绞?并提供圖形化的編輯界面，以便于用戶使用。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)以及對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的分析方面都有很好的表現(xiàn)，同時(shí)也為通信協(xié)議和路由算法的研究提供了與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)相似的環(huán)境。 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的使用 仿真過程 創(chuàng)建發(fā)送節(jié)點(diǎn)：在工作區(qū)域里放入一個(gè)進(jìn)程模塊和一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)射機(jī)，并將節(jié)點(diǎn)名稱改為src和pt_tx，連接兩個(gè)模塊。在src節(jié)點(diǎn)上單擊，將Packet Size項(xiàng)的Value區(qū)域，設(shè)置包大小為exponental（5000），這意味著包的大小呈均值為5000的指數(shù)分布[16]。 發(fā)送節(jié)點(diǎn)打開pt_tx節(jié)點(diǎn)的屬性對(duì)話框，展開channal的row0，將data rate（bps）的值改為9600。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)射機(jī)pt_tx的屬性 選擇Interfaces的Node Interfaces，編輯節(jié)點(diǎn)接口。在對(duì)話框的Node Type區(qū)域，將mobile和satellite的Support區(qū)域改為no，這使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)只有固定的一種形式。 接收節(jié)點(diǎn)用來模擬處理器的行為，包括3個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接收機(jī)、隊(duì)列模塊和進(jìn)程模塊。其中隊(duì)列模塊采用OPNET提供的acb_fifo_ms隊(duì)列，a（active）表示隊(duì)列是主動(dòng)形式，即源模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，c（concentrating）指從多個(gè)客戶到來的數(shù)據(jù)排列在一起集中處理，b（bits）指以比特流為單位處理，fifo（first in first out）指先入先出隊(duì)列，ms（multiserver）指多服務(wù)臺(tái)處理。 在工作區(qū)域中放入3個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)射機(jī)、1個(gè)隊(duì)列模塊、1個(gè)進(jìn)程模塊，將它們更名并用數(shù)據(jù)包流連接。 接收節(jié)點(diǎn) 打開queue的屬性對(duì)話框，將進(jìn)程模型改為acb_fifo_ms隊(duì)列，服務(wù)臺(tái)數(shù)量為2，服務(wù)能力保持為9600。 將pt_rx0、pt_rxpt_rx2的data rate （bps）的值為9600。 定義鏈路模型：